国外医学免疫学分册1997年第20卷第5期

上海第二医科大学上海市免疫学研究所 张笑人（综述） 葛海良 周光炎（审阅）

摘要热休克蛋白是一组具有重要生理功能的蛋白质分子家庭。近年来，发现热休克蛋白参与多种免疫反应，特别是在自身免疫病诱发过程中起重要作用。本文综述了热休克蛋白在抗原加工和CTL激发中的作用，从而对MHC-I类分子介导的抗原加工过程有了更深的了解，更新了对CTL激发机制的认识，对肿瘤免疫治疗有重要的指导意义。

关键词：热休克蛋白抗原加工CTL激发

热休克蛋白（heat shock protein,HSP）是所有原核细胞和真核细胞的高温或应激情况下产生的一组非常保守的蛋白质分子家族。其主要的生物学功能有：结合其它蛋白质分子，并介导其折叠、装配、定标和转位；参与蛋白质水解，防止蛋白质聚集，起着“分子伴娘”作用。HSP也参与多种免疫反应：①感染原中的HSP是经典的外源性抗原，激发机体产生免疫反应；②当机体对自身HSP的耐受尚未建立，或被打破，将对自身HSP产生免疫应答；③当自身的无关蛋白与HSP有交叉反应性时，机体产生对HSP免疫应答的同时，也产生对无关蛋白的免疫应答，引起自身免疫病，这正是自身免疫病发病机制中的HSP“分子模拟”；④HSP在抗原加工和CTL激发中的作用，也是本文将综述的内容^[1，2]。

一、HSP在抗原加工中的作用

HSP在抗原加工中作用的发现是长期肿瘤免疫研究的结果。Srivastava等研究肿瘤细胞的抗原特异性时，用生化方法分离肿瘤细胞的蛋白质溶解物，再分别研究各组分保护小鼠抗活的肿瘤细胞攻击的能力发现：注射HSP提取物能使小鼠对该肿瘤细胸产生耐受，而且来源于正常组织的HSP提取物也无保护作用，于是有人认为HSP具有免疫原性。但是，后来研究发现：从正常组织和抗原性不同的肿瘤中获得的HSP，通过cDNA序列比较，两者并无差异。野生型HSp（HSP90, gp96 ）和肿瘤的HSP（HSP90,gp96）序列相同，而且HSP也不表现遗传多态性，提示HSP本身并不具有免疫原性，可能是作为抗原肽的载体，真正具有免疫原性的应是HSP所携带的抗原肽。这一现象在病毒感染中也得到证实^[3-6]。

目前，已证实参与诱导肿瘤和病毒特异性免疫的HSP有HSP70，HSP90和gp96。HSP70和HSP90主要存在于胞质溶胶中，而gp96主要位于内质网（ER）腔中。很多资料显示，HSP70和HSP90在胞质溶胶中能结合经多种蛋白酶（如LMP）酶解后的抗原片断，gp96是ER腔中肽分子结合受体。促进MHC-I类分子与肽分子的结合。HSP的作用不受限于肿瘤抗原或病毒抗原的差异^[2，4]。

以gp96肽复合体激发肿瘤免疫反应，在免疫反应的激发期或效应期去除CD4⁺或CD8⁺T细胞或巨噬细胞，来研究参与此过程的细胞类型，结果发现，gp96-肽分子复合体免疫小鼠激发CD8+T细胞反应，巨噬细胞在此反应过程中是必须的，而CD4⁺T细胞反应不是必需的。该研究也提示HSP作为肽分子的载体参与MHC-I类分子介导的抗原加工途径^[4]。

Srivastava等推测HSP参与MHC-I类分子介导的抗原加工过程是：抗原在胞质溶胶中经LMP等多种蛋白酶水解后，抗原片断经HSP70或HSP90以ATP依赖方式结合并转运至ER膜上的TAP，再经TAP转运到ER腔内，由gp96转运，最后与MHC-I类分子进行组装。在此过程中肽分子经胞质溶胶及ER中的多肿外肽酶依此进行修剪，直至适合MHC-I类分子肽结合槽。TAP转运的肽分子长度是9～12氨基酸（AA），而MHC-I类分子结合肽分子的长度是9～10AA，那些通过TAP非依赖机制进入ER腔内的抗原分子需要进行酶解和修剪，特别是一些胞膜蛋白，未经胸质溶胶中蛋白酶的处理，直接位于ER腔内，也需要进行修剪。gp96在肽修剪过程中的功能尚不甚清楚，但是gp96具有蛋白酶活性和ATP酶活性，可以推测，gp96在ER腔内可能起着主动的修剪作用。一种可能是：96结合前体肽分子后先产生一个合适的羧基（C）端，以结合至MHC-I类分子的C端“口袋”，再在MHC-I类分子结合的肽分子；另一种可能是：gp96结合前体肽分子，通过ER腔内的酶对N端和C端进行修剪，gp96具有保护肽分子免受酶的破坏。按照以上推测，可以认为gp96结合肽分子并对其进行修剪的过程是抗原加工的中间过程^[7]。HSP在MHC-I类分子介导的抗原加工过程中的作用，已被越来越多的实验所证实，从而对CTL激发机制的研究起着推动作用。

二、HSP在CTL激发中的作用

在CD4+细胞的激活过程中，表达MHC-Ⅱ类分子的职业提呈细胞(professional aPC）摄取和加工抗原，并以MHC-Ⅱ肽分子开式提呈给CD4⁺T细胞，从而激活CD4⁺细胞。这一过程中，需要职业APC参与，已成为共识。CD8⁺T细胞的激活，一直认为，表达MHC-I类肽分子的大多数有核细胞加工抗原后，以MHC-I肽分子形式递呈给CD8⁺T细胞，从而激活CD8⁺T细胞，并成为其靶细胞。CD8⁺T细胞的激活过程如果果真如此，则难以解释以下几个问题：①即使病原体感染的细胞或突变的肿瘤细胞能提呈抗原，处女CD8⁺T细胞（naive t cell）在感染或肿瘤生长部位以外的地方难以遇到抗原，因为处女T细胞并不渗透到外周非淋巴组织，CD8⁺T细胞如何被激活？②大多数有核细胞缺少T细胞激活所必须的共刺激分子，难以提供共刺激信号，又如何能直接激活T细胞？现在一致认为在CD8⁺T细胞激活过程中也需要职业APC参与^[8]。

诸多研究资料提示，在CD8⁺T细胞激活过程中，体内存在多种形式的职业提呈：①吞噬细胞可能存在一种不甚明了的机制，将吴噬体中的蛋白质转至胞质溶胶中，进入MHC-I类分子介导的抗原加工途径；②吞噬细胞可能通过消化溶酶体中的吞噬物，再将肽分子反吐到胞外，并结合到MHC-I类分子上；③感染的细胞或肿瘤细胞溶解后，HSP-肽分子复合物释放出来，由吞噬细胞摄取，进入吴噬细胞的胞质溶胶^[7-9]。在职业APC参与的CD8⁺T细胞激活过程中，作为肽分子载体的HSP扮演着重要角色。感染的细胞或肿瘤细胞溶解后，HSP-肽分子复合体释放出来，结合到巨噬细胞上某种受体（可能是gp96受体），然后被转运到内体或相似的小室中，在此外，gp96进行降解或通过其它ATP依赖的机制释放出肽分子，而后肽分子进入ER腔，与巨噬细胞自己的gp96结合，再与巨噬细胞的MHC-I类分子结合，激活CD8⁺T细胞。基于职业APC在CTL激发中的作用，研究发现肽分子冲击的职业APC可激发机体产生抗肿瘤CTL反应，有令人满意的抗肿瘤效果，并可能成为肿瘤免疫治疗的一种有效方法^[4，8，12]。

目前，尚不清楚如果干扰HSP-肽分子和巨噬细胞受体转位系统，是否可阻止APC提呈抗原给CD8⁺CTL；也不清楚HSP-肽分子在MHC-I类分子介导的抗原加工途径中的确切作用。

三、HSP在肿瘤免疫治疗中的作用

HSP作为分子伴娘在MHC-I类分子介导的抗原加工和提呈过程中的作用逐渐被认识，从而使人们对CTL的激活机制也有了新的认识，即如前文所述的职业APC在CTL激活中的重要作用。这方面的进展对肿瘤发生的认识和肿瘤治疗开辟了新的思路。按照CTL激活的新机制，激活CTL的抗原需是可溶性抗原或由降解或死亡的靶细胞释放出来的抗原，才能由职业APC摄取，而肿瘤细胞形成的初期；虽然已证实在少量的肿瘤肽分子，但大部分肿瘤抗原是在肿瘤细胞中，并不释放到胞外，而且，在肿瘤生长的初期，仅有少部分肿瘤细胞死亡，所以职业APC难以获得肿瘤抗原，激发的CTL非常有限，肿瘤得以继续生长。到一定体积时，肿瘤细胞发生坏死，可溶性抗原肽分子HSP释放出来，由职业APC获得，提呈并激活CTL，而此时的肿瘤已到相当大的体积，免疫反应已无能为力。肿瘤逃逸如果果真如此，那么大部分突变的细胞并不形成肿瘤又将如何解释？这其中激活CTL的“临界点”在各个体间差异是否是各个体对肿瘤发生敏感性不同的基础？等等如此多的问题尚未解决。但是，基于HSP的这些作用，提出HSP用于肿瘤免疫治疗这一思路已显示出广阔和应用前景。

许多实验室已证实HSP具有“交叉激发”（cross-priming）作用，即以来自于HLA单元型（haplotype）不同的细胞中HSP-肽分子复合体免疫某一HLA单元型动物，将激活该HLA单元型限制的抗原特异性CTL反应，但其机制尚不基清楚。按照以上所述的CTL激发机制，被免疫动物体内的巨噬细胞通过某种受体（可能是gp96受体）摄取外源性HSP-肽分子复合体。因为HSP不具有遗传多态性，这意味着该巨噬细胞HSP可载所有外源肽分子，再由HSP递交给自己的MHC-I类分子，再由HSP递交给自己的MHC-I类分子，从而，由巨噬细胞激发该HLA限制的抗原特异性CTL反应^[2，4，7]。

肿瘤的抗原性问题是肿瘤免疫的中心问题。早就有人预想肿瘤抗原存在着个体差异性。如果真是这样，寻找具有普遍意义的肿瘤疫苗，将是不切合实际的。近几年，在不同黑色素瘤病人中发现共同的肿瘤抗原肽，甚至还发现在乳腺癌和卵巢癌间存在共同的抗原肽，这给肿瘤疫苗带来了希望。然而，免疫激发和效应过程中的HLA限制性决定了对某一抗原来说，接种抗原肽仅对HLA等位基因相同的病人有效。所以，在肿瘤特异性免疫治疗过程中必须克服这个一时难以克服的HLA障碍。肿瘤来源的HSP-肽分子复合体不需接受HLA特异性的选择，能激发HLA单元型不同的个体产生肿瘤特异性免疫反应，这将是一个令人欣喜的解决方案^`。